Informe de Polimeros

Universidad Nacional de Trujillo

Ingeniería Industrial

I.-TITULO: MATERIALES MATERIALES POLIMERICOS. II.-OBJETIVOS: Estudiar las aplicaciones de los materiales poliméricos en las diversas ramas de la ingeniería.

III.- FUNDAMENTO TEÓRICO:

INTRODUCCIÓN La palabra polímeros polí meros significa ³muchas piezas´, puede p uede considerarse que u material solido polimérico está formado por muchas partes químicas de larga cadenas de moléculas orgánicas. En el caso de materiales poliméricos orgánicos naturales tenemos: celulosa, caucho, petróleo, etc. La celulosa es el polímero orgánico natural de mayor importancia, se encuentra presente en algodón y en la parte leñosa de las plantas. De ella se derivan los polímeros termoplásticos celulósicos. Los aspectos de su estructura, propiedades, procesado y aplicaciones de dos materiales poliméricos importantes para la industria son: plásticos y elastómeros. Los plásticos son una gran y variado grupo de materiales sintéticos que se procesan mediante el moldeado de la forma. Al que tenemos t enemos muchos tipos de d e metales, como el aluminio alumini o y cobre, muchos much os de estos estos son el polietileno y el nylon. Los elastómeros o cauchos pueden deformarse grandemente de forma elástica cuando se les aplica una fuerza y pueden volver a su forma original (o casi) cuando se elimina la fuerza. Los materiales poliméricos orgánicos artificiales, se forman por la unión repetida de moléculas orgánicas sencillas llamadas Monómeros, los cuales tienen por lo menos un enlace doble que se puede abrir bajo influencia de un catalizador o a una temperatura específica. Tomemos como un ejemplo el caso más sencillo de los polímeros, el polietileno, el cual se inicia con gas etileno ( ), que contiene solo dos átomos de carbono, al romperse romperse el enlace doble, deja dos enlaces libres que permite continuar enlazando Monómeros adicionales hasta formar una macromolécula. Los finales de la cadena, se enlazan con otras macromoléculas o se cierran con otro radical que recibe el nombre de terminal. El número de monómeros que componen una macromolécula define su grado de polimerización. Las macromoléculas de los polímeros comerciales suelen constar de 1000 a 100,000 monómeros (pueden llegar hasta 500,000 en polímeros denominados de ³alta densidad´). Hay dos formas distintas que pueden dar lugar a una reacción de polimerización. El crecimiento de cadenas (que a su vez se conoce como polimerización por adición) y el crecimiento por etapas (también conocida como polimerización por condensación). Si una una solución solución intima de diferentes tipos de monómeros se polimeriza, el resultado es un copo limeros.



Tenemos muchos polímeros importantes, entre ellos el polietileno, están compuestos solo de hidrogeno y carbono. Otros contienen oxigeno (como los acrílicos), nitrógeno (como los nylon),flúor(como plásticos fluorados), o silicio (como las siliconas). La producción mundial de polímeros se calcula estar alrededor de unos 90 millones de toneladas, se emplean sobre todo en las industrias del embalaje (43%), en edificaciones (35%), Industria eléctrica (7%), en transporte (4%) y otros. Propiedades y aplicaciones de los plásticos



Tenemos muchos polímeros importantes, entre ellos el polietileno, están compuestos solo de hidrogeno y carbono. Otros contienen oxigeno (como los acrílicos), nitrógeno (como los nylon),flúor(como plásticos fluorados), o silicio (como las siliconas). La producción mundial de polímeros se calcula estar alrededor de unos 90 millones de toneladas, se emplean sobre todo en las industrias del embalaje (43%), en edificaciones (35%), Industria eléctrica (7%), en transporte (4%) y otros. Propiedades y aplicaciones de los plásticos



Los plásticos son muy importantes important es para la ingeniería. Presentan gran variedad variedad de propiedades, propiedad es, algunas de las cuales son inalcanzables para otros materiales y son relativamente de bajo costo. Por ejemplo el uso de los plásticos para ingeniería mecánica es la eliminación de muchas operaciones de acabado, simplificación del montaje, eliminación de peso, redu reducción de ruido, y en algu algunos casos, la eliminación de la necesidad de lubricación en algu algunas piezas. piezas. En la ingeniería eléctrica y electrónica por sus propiedades aislantes, conectores, conectores, interruptores, relés, componentes de ajuste de televisión, bobinas, tarjetas de circuitos integrados y componentes de ordenadores. Los polímeros suelen clasificarse: en termoplásticos termoestables, elastómeros y espumas o polímeros expandidos.



A. Polímeros termoplásticos. Los termoplásticos necesitan calor para hacerlos deformables y después de enfriarse mantienen la forma a la que fueron moldeados. Estos materiales pueden calentarse y volver a moldearlos un buen número de veces sin cambio significativo de sus propiedades. Los polímeros termoplásticos están constituidos por la agrupación de macromoléculas lineales unidas entres si mediante enlaces débiles del tipo Van Der Waals y puente de hidrogeno. Estos enlaces se rompen durante el calentamiento cuando se alcanza una determinada temperatura Tg (glass transition temperatura) denominada temperatura de reblandecimiento o de transición visco elástica. A T >Tg los polímeros se vuelven suaves y deformables; esta plasticidad se debe a la capacidad de las macromoléculas para deslizarse una con respecto a la otra. En los termoplásticos comunes, una temperatura de alrededor de 100ºC es suficiente para romper los enlaces secundarios y permitir una deformación sustancial. En las recientes décadas se ha realizado un gran esfuerzo para producir polímeros con suficiente resistencia y rigidez que pueden ser usados en aplicaciones estructurales, a estos se les denominan como ³polímeros de ingeniería´, los cuales mantienen buena resistencia y rigidez hasta 150-175ºC El material pionero en esta categoría fue el nylon y continua siendo el más importante, se estima que la industria ha desarrollado más de millón d diseños de partes de componentes de ingeniería que incluye el nylon. A T
Polietileno de baja densidad Polietileno de alta densidad Polipropileno Poliestireno Cloruro de polivinilo Metacrilato de polimetilo Policarbonatos Politetrafluoroetileno Terftalato de polibutileno Terftalato de polietileno Poliamida Acrilonitrilo ± Butadieno ± estireno



Algunos ejemplos de termoplásticos: 1. POLIETILENO Los polietilenos se presentan en dos modalidades, de alta y de baja densidad: 

Los polietilenos de alta densidad (HDPE) se hacen de tal forma que las cadenas de polímero son rectas, lo que permite que están apiñadas, produciendo unmaterial de alta densidad. Al estar las cadenas muy juntas las fuerzas de atracción entre ellas son muy grandes y tienen menos libertad para moverse. El resultado es un plástico bastante rígido, fuerte y resistente. Se ablanda a una temperatura bastante alta (120 ± 130 ºC) y es resistente al ataque químico. Aplicaciones: Cajas, juguetes, tuberías, botellas«



Los Polietilenos de baja densidad se fabrican mediante un proceso que produce en las cadenas del polímero bifurcaciones laterales. Estas bifurcaciones impiden que las cadenas se apiñen, y como consecuencia la atracción entre ellas es más débil. El plástico es más blando y más flexible que el polietileno de alta densidad. Hace falta menos energía para separar las cadenas, lo que se traduce en que se ablanda a unatemperatura inferior (85 ºC).

Este polímero puede ser transparente u opaco y es muy buen aislante. Es el plástico que probablemente más ³consumimos´ nosotros. Aplicaciones: bolsas, sacos de dormir, invernaderos, etc. 2. POLIPROPILENO Pertenece a la misma familia de plásticos que los polietilenos. Sin embargo es más resistente y más rígido que el polietileno de alta densidad. También presenta mayor resistencia al calor, ablandándose aproximadamente a 150 ºC. Es el termoplástico de menor densidad y sin embargo tiene una resistencia muy grande al hociqué. Otra de sus características más valiosa es su capacidad de ser doblado miles de veces sin romperse. Aplicaciones: Entre otros productos se fabrican con polipropileno los cubiertos Desechables, los cascos de seguridad, las piezas de fontanería, sillas apilables, juguetes para los niños, etc.

3. PVC (CLORURO DE POLIVINILO) Se presenta en forma rígida o flexible. El PVC rígido es muy duradero y se usa para hacer canalones y tuberías. El PVC flexible se consigue añadiendo un producto plastificante al PVC. El producto plastificante tiene moléculas pequeñas que separan las cadenas de polímero haciendo que se atraigan con menos fuerza. Como consecuencia de esta menos atracción el polímero se vuelve más blando y flexible.



Aplicaciones: En su forma blanda el PVC se utiliza como aislante para cables eléctricos, y en la fabricación de alguna ropa impermeable. Si añadimos al PVC una gran proporción de plastificante podremos usarlo para revestir telas, asientos, bolsos, algunos muebles, etc. 4.

ACRÍLICOS

Probablemente el acrílico más conocido es el metacrilato también conocido como plexiglás. El metacrilato puede tener una transparencia parecida a la del cristal o ser opaco. Las dos formas se pueden teñir con pigmentos de color. Sin embargo se puede agrietar y se raya con facilidad. Se le puede dar forma, doblar y torcer cuando se calienta a temperaturas entre 165 y 175 ºC. En frío es muy frágil y hay que tener cuidado para evitar que se agriete cuando se corta o se taladra. También podemos encontrar metacrilato en forma de granulo, para usarlo en máquinas de moldeo por inyección que veremos más adelante, y en esta forma se le conoce comopolvo plástico acrílico. 5. NAILON Se producen muchos tipos diferentes de nailon, que se identifican por un numero, por ejemplo nailon 6.6 o nailon 6.10. Probablemente la forma más conocida del náilon son las fibras, que se usan para la fabricación de alfombras, ropa, cepillos, medias, etc. Es un material bastante duro y resistente al desgaste. El nailon, además de en fibras se utiliza en piezas mayores para fabricar rieles y accesorios de cortinas, carcasas para enchufes y clavijas, peines, ....etc., y en ingeniería para fabricar piezas móviles de engranajes y cojinetes, debido a su durabilidad y a su pequeño coeficiente de rozamiento, además de su temperatura de fusión bastante alta.

6. POLIESTIRENO Las dos formas más habituales en las que nos vamos a encontrar el poliestireno son como sólido cristalino transparente y como plástico esponjoso conocido como poliestireno expandido (porexpán).En su forma más ³sólida´, es muy frágil, y se puede identificar por el sonido metálico que hace cuando se deja caer. El poliestireno expandido es blando y esponjoso. Durante su elaboración se produce un gas que queda atrapado dentro de su estructura. Tiene buenas propiedades como aislante térmico y acústico y por ello se usa en la industria de la construcción. Además su baja densidad hace que pese muy poco y su naturaleza esponjosa hace que amortigüe bien los golpes, por lo que se usa para embalaje.



B. Polímeros Termoestables Los plásticos termoestables que adquieren una forma permanente y son cuadros mediante una reacción química, no pueden ser refundidos y remoldeados en otra forma, sino que se degradan o descomponen al ser calentados a temperaturas demasiados altas. Los plásticos no pueden reciclarse. Son contrarios a los termoplásticos, se vuelven duros y rígidos al ser calentados, este fenómeno no se pierde durante el enfriamiento. Esto es característico de las estructuras moleculares tipo reticular a base de uniones covalentes primarias. Algunos de estos polímeros se entrelazan transversalmente mediante el calor aplicado o una combinación calor ± presión. Otros pueden entrelazarse mediante una reacción química que tiene lugar a temperatura ambiente (termoestables endurecidos en frio). Estas uniones entrecruzadas por enlaces covalentes les preserva del paso al estado fluido que existía antes de que la resina plástica fuese tratada. Debido a ello, los polímeros termoestables no pueden ser recalentados y refundidos como los termoplásticos. Esto es una desventaja de los polímeros termoestables, toda vez que fragmentos producidos durante el proceso no pueden ser reciclados y usados. La resina termoestable fenolica, más antigua es la bakelita. Los polímeros fenolicos se usan hasta la actualidad por su bajo costo buenas propiedades aislantes eléctricas y térmicas. Son fácilmente moldeados y sus aplicaciones comunes son en dispociones de instalación e interruptores eléctricos, conectores y sistemas de redes telefónicas. También son usados como tiradores y botones. Las resinas epóxicas, es otra familia de los polímeros termoestables, usadas comúnmente en materiales compuestos de matriz polimérica con alta resistencia hasta la temperatura del orden de 150ºC. se utilizan también en una amplia variedad de recubrimientos protectores y decorativos por su buena adhesión y gran resistencia mecánica y química. Respecto a sus propiedades mecánicas, los polímeros y los elastómeros, están al otro lado del espectro, y que son analizados en la siguiente. Relación: Termoplásticos LDPE HDPE PP PTFE PS PVC PMMA Nylon



R esinas termoestables Epoxi Poliéster Fenol formaldehido Poliisopropeno Polibutadieno Policloropreno Polímeros naturales Fibras de celulosa Lignina Proteínas Ellos tienen un modulo bajo, aproximadamente cincuenta veces menor que de los metales, como consecuencia de ello su deflexión elástica puede ser muy grande. Ellos fluyen, aun a temperatura ambiente, lo que significa que un componente polimérico bajo carga puede, con el tiempo, adquirir un juego permanente. Además, sus propiedades dependen de la temperatura, de manera que un polímero el cual es tenaz y flexible a 20ºC, puede ser frágil a los 4ºC, y aun fluir rápidamente a los 100ºC. Ninguno tiene resistencia útil encima de los 200ºC. Cuando en el diseño, es importante la combinación de propiedades tales como resistencia por unidad de peso, los polímeros debido a su baja densidad, compiten con los metales, además los polímeros son fáciles de conformar, lo que permite que partes complicadas puedan ser moldeadas, desde un polímero, en una sola operación. Los polímeros son resistentes a la corrosión, y tiene bajo coeficientes de fricción. Algunos ejemplos de termoestables: 1. BAQUELITA (resinas fenólicas) Fue el primer plástico que se fabricó artificialmente a partir de productos químicos. Se le llamo así por el hombre que la fabricó por primera vez (Leo Baekeland).Es un plástico duro y frágil, de un color oscuro y brillante. Es un plástico termoestable, luego resiste el calor sin ablandarse, pero hasta una cierta temperatura, porque a temperaturas muy altas se descompone quedando carbonizado. La baquelita es un buen aislante térmico y eléctrico, de ahí sus utilidades y aplicaciones en accesorios eléctricos, para hacer mangos de cazos y sartenes, mandos de cocina, mangos para soldadores, etc.



2. MELAMINA (Formaldehido) Es un polímero incoloro, que se puede teñir con pigmentos de color. Es más dura que la baquelita, no tiene sabor ni olor y es buen aislante térmico y eléctrico. Se usa para la fabricación de vajillas irrompibles, tiradores de puertas, encimeras de cocinas....etc. 3. POLIÉSTER Tiene forma de resina y debe mezclarse con un producto llamado endurecedor.Solidifica y forma un plástico rígido, duro y frágil. Para darle más resistencia se refuerza con una capa de fibra de vidrio. Aplicaciones: recubrimientos de fibra de vidrio (aviones, embarcaciones, piscinas«) y como placas transparentes para cubiertas y tejados. C. Elastómero. Los elastómeros son materiales poliméricos cuyas dimensiones pueden variar mucho si son sometidos a esfuerzos, volviendo a sus dimensiones originales (o casi) cuando se retira el esfuerzo. Estos polímeros son macromoléculas de naturaleza lineal de gran longitud (>10,000 monómeros), por lo que las fibras llegan con frecuencia a anudarse entre sí. A diferencia de los termoplásticos, en los elastómeros existen ocasionales enlaces covalentes entre las macromoléculas (aproximadamente de un enlace cada 500 monómeros). Esta característica, también los distingue de las resinas termoestables. Estos ocasionales enlaces transversales, por su naturaleza covalente, no desaparecen por encima de la temperatura Tg. Por ello estos enlaces, juntos con los nudos producidos por el enmarañamiento entre las largas cadenas, dotan a estos materiales a T > Tg, de la capacidad de permitir volver a su forma original después de grandes deformaciones. Gran parte de la investigación que inicialmente se llevo a cabo sobre los elastómeros, se dirigió hacia el desarrollo de un sustituido del caucho natural para neumáticos, pero este campo se ha expandido ampliamente par producir materiales para fajas transportadoras, espumas, sellos y recubrimientos resistentes al ataque químicos. D. Métodos industriales de polimerización Materiales de partida gas natural, petróleo y carbono para producir los productos químicos básicos para los procesos de polimerización. Estos productos químicos son entonces polimerizados mediante muchos procesos diferentes obteniéndose materiales plásticos en forma de gránulos, bolitas, polvo, o líquidos que son posteriormente procesados en productos acabados. Algunos de los métodos de polimerización química utilizados para producir materiales plásticos son complejos y diversos. La ingeniería química juega un papel importante en su desarrollo y uso industrial y los más importantes tenemos:



d.1 Polimerización en masa El monómero y el activador se mezclan en un reactor que es calentado y enfriado según se requiera. Este proceso utilizado extensamente para la polimerización por condensación donde un monómero puede cargarse en el reactor añadirse lentamente. Los procesos en masa pueden utilizarse para muchas reacciones de polimerización por condensación por sus bajos calores de reacción. d.2 Polimerización por solución Se disuelve el monómero en un solvente no reactivo que se contiene un catalizador. El calor liberado por la reacción es absorbido por el disolvente y de esta forma se disminuye la velocidad de reacción. d.3 Polimerización por suspensión Se disuelve el monómero con un catalizador y entonces se dispersa como una suspensión en agua. En este proceso el agua absorbe el calor liberado por la reacción. Después de la polimerización, el producto polimerizado es separado y secado. Este proceso se utiliza comúnmente para producir mucho de los polímeros del tipo vinilo como el policloruro de vinilo, poliestireno, poliacrilonitrilo, polimetacrilato de metilo. d.4 Polimerización por emulsión Este proceso de polimerización es similar al proceso de suspensión puesto que se lleva a cabo en agua. Sin embargo, se añade un emulsor para dispersar el monómero muy pequeñas. E. Procesado de los materiales Se utilizan una gran variedad de procesos para transformar los gránulos o bolitas de polímeros en productos con forma definida como laminas, varilla, secciones extrusionadas, tubos o piezas moldeadas finales. El proceso utilizado depende, en cierta medida, de si el polímero es un termoplástico o d un termoestable. Los termoplásticos normalmente se calientan hasta reblandecerse y se les da forma antes de enfriar. Por otra parte, los materiales termoestables no están completamente polimerizados antes de procesarlo a su forma final. En el proceso de conformado ocurre una reacción química de entrecruzamiento de lascadenas del polímero en una red de material polimérico. La polimerización final puede tener lugar por la aplicación del calor y presión o por una acción catalítica a temperatura ambiente o temperaturas superiores. e.1 Moldeo por inyección e.2Moldeo por Extrusión e.3 Moldeo por soplado y termomoldeado e.4 Moldeo por compresión

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Los gránul os se funden en el i nt er i or de un cili ndro. La pasta formada es empu jada porun

émbolo o un tron illo para ll enar el mol de correspondi ent e a la p ieza que se desea fabr i car. Es te mol de consta de dos o más p i ezas que enca jan una con otra formando unhueco con la forma de la p ieza que queremos fabr icar. Se hace circular agua fr ía por el inter ior del molde para reducir el ti empo de enfr iami ent o de la p i eza mol deada y después de un rat o se puede abr ir e l mol de y sacar la pi eza mol deada. A conti nuaci n podremos repetir el ci cl o compl eto para formar otra pieza exactamen t e i gua l que la pr i mera. Este ti po de mol deo fabr i ca product os con di mensiones muy exact as y un acabado de pr i mera calidad. La producci n es ráp ida y el proceso ocasi ona muy pocos residuos. ¤

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De es t a forma se fabr i can una gran var i edad de product os, como cubos d e basura de pedal, cub i er t os y reci pi ent es de coci na, carcasas de el ect rodomésticos, secadoras, aspiradoras, et c., cubos y barreños, juguet es,.......

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Ingeniería Indus rial ¥

MOL EO OR EXTRUSIÓN La pasta de gránulos fundidos es empu jada por un tornill o y obli gada a pasar por un troquel o mol de de sali da. Est e procedi mi ent o se empl ea para fabr icar pi ezas ³largas´, como tubos, r i el es

de cor ti nas, et c. Según va sali endo por el troquel el product o se de ja enfr i ar en agua t emp lada o conchorros de aire t emplado. Ent onces l a extrusi n, si n ll egar a enfr iarse del t odo, se cor ta en trozos, o se enrosca, dependi endo del product o. Est e es el proceso que se usa en general con t ermoplásti cos como el po lietil eno, PVC o nailon. ¦

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Se usa como mat er ial base un t ubo del mat er ial plástico extrui do, y se i nsuf la a ire a pres i n en el t ubo cali ent e. E l tubo de plásti co se habrá col ocado en el int er i or de un mol de con l o que al insuf lar el aire el plásti co se dilata y toma la forma del molde. Después bastará con abr ir el ¦

mol de y sacar el product o. El PVC, el po lietileno y el po li propil eno se mol dean general ment e por soplado. Una var iant e del mol deo por soplado es el M LDEO PO R VACÍ O, que utili za una lám ina t ermoplásti ca calient e que se col oca sobre un mol de. Se hace sa lir el aire que queda ent re la lám ina y el mol de, con lo que la lámi na se verá forzada a tomar la forma del molde. §


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Después de un per iodo de enfr iami ent o apropiado la pieza mol deada endureci da puedesacarse del mol de. De est e modo se fabr i can hueveras, cub iteras de hi elo y otros muchos envases de aliment os. El acr íli co, el poli estireno y el PV C son mater ial es que se conforman por vací o.

MOL EO OR COM R ESIÓN En est e proceso se emp l ean fuerzas enormes para compr i mir una cantidad det ermi nada de polí mero dándol e forma entre l os mol des cali ent es. El polí mero que se usa como mat er ia base está en forma de pol vo. Est e ti po de mol deo por compresi n se utili za para l os plásticos termoestables. El calor del molde inicia la reacci n qu ímica conocida como degradaci n. Después de un per i odo de tiempo cor t o, conoci do como ³ti empo de curado´, la degradaci n ha ©

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IV.-CONCLUSIONES Luego de haber confeccionado el presente trabajo estoy en condiciones de apreciar que los polímeros son un material imprescindible en nuestra vida, el cual se encuentra presente en un sinfín de objetos de uso cotidiano. Por sus características y su bajo costo, podríamos decir que es un material prácticamente irremplazable, del cual difícilmente podríamos prescindir. En la época actual resultaría difícil imaginar que alguno de los sectores de nuestra vida diaria, de la economía o de la técnica, pudiera prescindir de los plásticos. Sólo basta con observar a nuestro alrededor y analizar cuántos objetos son de plástico para visualizar la importancia económica que tienen estos materiales. Dicha importancia se refleja en los índices de crecimiento que, mantenidos a lo largo de algunos años superan a casi todas las demás actividades industriales y grupos de materiales. El consumo de plásticos sólo se encuentra por abajo del consumo del acero, pero debe tomarse en cuenta que estos tienen una densidad entre seis y sietes veces mayor a la de los plásticos. Por esta razón, el volumen producido de plásticos fue mayor al del acero. Los plásticos seguirán creciendo en consumo pues abarcando mercado del vidrio, papel y metales debido a sus buenas propiedades y su relación costo-beneficio. V.-Bibliografía: y

http://www.buenastareas.com/temas/polimeros-de-ingenieria/0



CUESTIONARIO 1. Defina los materiales poliméricos: plásticos y elastómeros. La denominación de los plásticos se basa en los monómeros que se utilizaron en su fabricación, es decir, en sus materias primas. Plásticos: son una gran cantidad y grupo variado de materiales sintéticos que se procesan mediante el moldeado de la forma. Elastómeros: material que a temperatura ambiente se alarga bajo una pequeña tensión al menos dos veces su longitud original al eliminar su tensión. 2. Defina un plástico termoplástico y sus aplicaciones. Material plástico que requiere calor para poder darle forma (plástico) y que después de enfriarlo mantiene su forma. En su estructura atómica sus átomos o grupo de átomos se enlazan de forma covalente a la cadena principal de los átomos, la cual la cadena más larga de los átomos está formada por átomos de carbono entrelazados entre sí. En las cadenas largas de los termoplásticos los átomos que se enlazan son los de carbono y en algunos casos suelen ser átomos de hidrógeno, oxigeno y azufre. 3¿Cuáles son las razones del gran crecimiento en el uso de los plásticos en diseños en ingeniería en los últimos años? Las razones del gran crecimiento es que Presentan una gran variedad de propiedades, que algunas son inalcanzables para otros materiales y en algunos casos suelen ser de menor precio que los otros materiales. Sus ventajas comienzan cuando un plástico llamado ³baquelita´ se introdujo en 1908 empezó la ³era del plástico´ y rápidamente se encontraron usos en aislamiento eléctrico, enchufes, relojes, asas para instrumentos de cocina y joyería. Hoy los plásticos se han vuelto tan comunes que apenas nos damos cuenta de que existen. Casi todos los aspectos de la vida moderna están influenciados positiva y profundamente por el plástico. Además, también los ingenieros químicos tomaron un papel importantísimo en el desarrollo de la industria de caucho sintético actual. Esto se debe a que la sociedad funciona sobre caucho. Ruedas, mangueras y cintas transportadoras (por no mencionar el calzado) están todos hechos de caucho.


4¿Cuáles


son las ventajas de los plásticos para uso en diseños de ingeniería mecánica?

Las ventajas en el uso de los plásticos para ingeniería mecánica son:     

La eliminación de muchos operaciones de acabado Simplificación del montaje Eliminación de peso Reducción de ruido y en algunos casos, la eliminación de la necesidad de lubricación en algunas piezas.

Al comparar la estructura de un metal y de un plástico, podemos observar que el metal presenta una estructura más compacta y que las fuerzas de unión son distintas a las existentes en los plásticos. 5¿Cuáles son las ventajas de los plásticos para su uso en diseños de ingeniería eléctrica? Que tiene una excelente propiedad que es ser un material aislante. Ya que los plásticos no disponen de electrones libres móviles, tienen un buen comportamiento como aislantes, es frecuente utilizarlos en la industria eléctrica y electrónica, por ejemplo, para carcasas, aislantes; enchufes, recubrimiento de cable y alambre, entre otros. Por todo esto, son importantes las siguientes propiedades eléctricas: y y y

y y

Resistencia Superficial Resistencia Transversal Propiedades Dieléctricas Resistencia Volumétrica Resistencia al Arco

6) ¿Cuáles son las ventajas de los plásticos para su uso en diseños de ingeniera química? Que ha podido desarrollar la forma estructural del plástico de una forma en la que al procesarlo para su uso le ha facilitado el camino a la ingeniería química ya que no es tan complicada su manufacturación. En términos generales, por ser los plásticos materiales inertes (no reactivos) frente a la mayoría de las sustancias líquidas, sólidas y gaseosas comunes, muestran mejores propiedades químicas que los materiales tradicionales como papel, madera, cartón y metales, siendo superados únicamente por el Sin embargo, los plásticos continúan mostrando crecimientos en aplicaciones que requieren contacto con diversos tipos de solventes y materiales corrosivos, aún en los que anteriormente se utilizaba el vidrio, donde lo más importante es seleccionar el tipo de plástico ideal, tomando en cuenta las condiciones de presión, temperatura, humedad, intemperismo y otras que puedan acelerar algún proceso de disolución o degradación.


7)


Defina los siguientes términos: cadena de polimerización, monómeros y polímeros.

Cadena de polimerización: La polimerización es un proceso químico por el que los reactivos, monómeros (compuestos de bajo peso molecular) se agrupan químicamente entre sí, dando lugar a una molécula de gran peso, llamada polímero, bien una cadena lineal o una macromolécula tridimensional. Monómeros: es una molécula de pequeña masa molecular que unida a otros monómeros, a veces cientos o miles, por medio de enlaces químicos, generalmente covalentes, forman macromoléculas llamadas polímeros. Polímeros: está formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas polímeros. Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diversas. 8. ¿De qué árbol se obtiene la mayoría de caucho natural? ¿Qué países tienen grandes plantaciones de estos árboles? La principal fuente comercial del caucho son las euforbiáceas, del género Hevea, como Hevea brasilensis, son una familia de plantas del orden tricocas, herbáceas o leñosas, dioicas y monoicas, de jugos acres o venenosos y gralte lechosos. Esta Familia está formada por más de 300 géneros y 7.500 especies. Pertenecen a ella plantas de gran interés económico, como la Hevea Brasiliensis (de cuya savia se obtiene el caucho), la Manihot Suculenta (mandioca o tapioca), Ricinus communis (utilizado como planta medicinal), Euphorbia pulcherrima (Poinsettia o Flor de Pascua), etc. Producen con frecuencia alergia los pólenes de la Mercurialis y en menor medida el Ricino.Los árboles silvestres de caucho de las selvas sudamericanas continuaron siendo la fuente principal de caucho crudo para la mayoría del siglo19. En 1876 el Británico explorador Henry Wickham (1846-1928) cobrado más de 70,000 semillas de H. brasiliensis, y, a pesar de un rígido embargo, las contrabandeo fuera de Brasil. Las semillas se germinaron exitosamente en los invernaderos de los jardines botánicos Reales en el Londres, y se usaron para establecer la primera de las plantaciones en Ceylon (ahora Sri Lanka) y en otras regiones tropicales del hemisferio oriental. 9) ¿Qué es el látex natural de caucho? Describe brevemente como se produce el caucho en forma bruta? Las partículas de caucho, que en estado natural aparecen en forma de suspensión coloidal en el látex de las plantas productoras, se encuentran cargadas negativamente y tienen un diámetro que se sitúa entre los 0,5 y los 3 µm. El caucho, que con frecuencia presenta un tono blanquecino, también puede llegar a ser incoloro químicamente, el caucho natural se define como un polímero del metilbutadieno o isopreno (C5H8) cuyo grado de polimerización es de 2500 a 4500. En el caucho natural se pueden hallar dos formas isómeras, diferenciadas por el tipo de unión (que puede ser cis o trans) entre las unidades isoprénicas fundamentales. Mientras la forma cis es la constituyente del caucho normal, la trans es propia de la gutapercha y la balata, considerados cauchos de menor nobleza al tener propiedades diferentes y una utilidad más reducida.



El caucho puro es insoluble en agua, álcalis y ácidos débiles, y soluble en benceno, petróleo, hidrocarburos clorados y disulfuro de carbono. Con agentes oxidantes químicos se oxida rápidamente, pero con el oxígeno de la atmósfera la oxidación es mucho más lenta. El caucho natural suele vulcanizarse, proceso por el cual se calienta y se le añade azufre o selenio, con lo que se logra el enlazamiento de las cadenas de elastómeros, para mejorar su resistencia a las variaciones de temperatura y elasticidad. El proceso de vulcanización fue descubierto casualmente en 1839 por Charles Goodyear, quien mejoró enormemente la durabilidad y la utilidad del caucho. La vulcanización en frío, desarrollada en 1846 por Alexander Parkes, consiste en sumergir el caucho en una solución de monocloruro de azufre (Cl2S2). Actualmente más de la mitad del caucho usado hoy en día es sintético, pero aún se producen varios millones de toneladas de caucho natural anualmente. 10¿De que está hecho el caucho natural? ¿Qué otros componentes están presentes en el caucho natural? Recolección y composición de látex recién extraído. El caucho se obtiene del árbol por medio de un tratamiento sistemático de "sangrado", que consiste en hacer un corte en forma de ángulo a través de la corteza profundizando hasta el cambium. Una pequeña vasija que cuelga en el tronco del árbol para recoger el látex, jugo lechoso que fluye lentamente de la herida del árbol. El látex contiene 30 a 36% del hidrocarburo del caucho, 0.30-0.7% de cenizas, 1-2% de proteínas, 2% de resina y 0.5 de quebrachitol. La composición del látex varía en las distintas partes del árbol; generalmente el porcentaje de caucho (hidrocarburo) decrece del tronco a las ramas y hojas. La época del año afecta a la composición del látex, así como el tipo de suelo y la línea o casta del árbol. El caucho es una secreción irreversible o producto de desecho del árbol, y cuanto más se extrae, tanto más la planta regenera. El caucho es producido en el protoplasma por reacciones bioquímicas de polimerización catalizadas por enzimas.


I. II.


Titulo: E jercicios de estructura cristalinas Objetivos: 2.1 Conocer las diferentes estructuras cristalinas de los diferentes elementos químicos (CS, BCC, FCC, HPC) 2.2 Aplicar las diferentes teorías y formulas dadas en clase para la solución de problemas. 2.3 Comprobar y conocer la existencia de pequeñas diferencias entre datos alternativos de manera práctica y teórica. 2.5 Conocer la aplicación de estas formulas y posteriormente aplicarlas en una práctica de laboratorio.

II.

Fundamento teórico:

Todos los metales, muchos cerámicos y algunos polímeros forman estructuras cristalinas bajo condiciones normales de solidificación. La estructura cristalina de un sólido depende del tipo de enlace atómico, del tamaño de los átomos (o iones), y la carga eléctrica de los iones en su caso). Existen siete sistemas cristalinos los cuales se distinguen entre sí por la longitud de sus aristas de la celda (llamados constantes o parámetros de la celda) y los ángulos entre los bordes de ésta. Estos sistemas son: cúbico, tetragonal, ortorrómbico, romboédrica (o trigonal), hexagonal, monoclínico y triclínico. A. Estructura Cristalina Cubica Centrada en el Cuerpo (BCC) Formada por un atomo del metal en cada uno de los vértices de un cubo y un átomo en el centro. Los metales que cristalizan en esta estructura son: hierro alfa, titanio, tungsteno, molibdeno, niobio, vanadio, cromo, circonio, talio, sodio y potasio.Cada átomo de la estructura, está



rodeado por ocho átomos adyacentes y los átomos de los vértices están en contacto según las diagonales del cubo.

B. Estructura Cubica Centrada en las Caras (FCC) Está constituida por un átomo en cada vértice y un átomo en cada cara del cubo. Los metales que cristalizan en esta estructura son: hierro gama, cobre, plata, platino, oro, plomo y níquel. Cada átomo está rodeado por doce átomos adyacentes y los átomos de las caras están en contacto.

C. Estructura Hexagonal Compacta (HCP) Esta estructura está determinada por un átomo en cada uno de los vértices de un prisma hexagonal, un átomo en las bases del prisma y tres átomos dentro de la celda unitaria. Cada átomo está rodeado por doce átomos y estos están en contacto según los lados de los hexágonos bases del prisma hexagonal. Los metales que cristalizan en esta forma de estructura son: titanio, magnesio, cinc, berilio, cobalto, circonio y cadmio.


III.


R esultados de ejercicios:

1. si el radio atómico del plomo vale 0.175, calcular el volumen atómico de la celdilla unidad en metros cúbicos. Solución: El Pb tiene una estructura FCC:

      

V= V=

V = 0.1213nm

V = 1.213m .

)³



2. el radio atómico del fierro es de 1.238*10^-10m. Y su celda unitaria es BBC. Calcule el parámetro de red a´ de la celda unitaria. El radio tiene una estructura cristalina BCC:

a¥3 = 4R a=





        a=  



  

a =



3. suponiendo un metal de estructura cubica simple con los átomos localizados en los vértices del cubo y tocándose entre sí a lo largo de las aristas del cubo: (a)¿Cuál es el número de coordinación? (b)¿Calcular el factor de empaquetamiento atómico? a) La estructura simple es

Parámetro de red: a=2R El número de coordinación es: 6

b) factor de empaquetamiento: FEA =

  * 100 

Por ser cubica simple: Numero de átomos por celda=1 Volumen de celda atómica=4/3R 

FEA =

* 100



FEA = 52.36 


4.


Dado que el radio atómico del niqueles de 0.124nm., calcule el volumen de una celda

unitaria de este metal FCC. Además, tomando en consideración que la masa atómica del ní quel es de 58.69, determinar la densidad del ní quel. La determinación experimental de la densidad de una muestra poli cristalina de ní quel produce un valor de 8887k g/m³. ¿A qué se debe la diferencia entre el valor calculado y el encontrado por vía experimental?

a)

        

V=

V=

V = 4.31*10^-29

b)

     =     =   

=

 = 9.0350g /cm  = 9.0350kg/cm La diferencia de las densidades se debe a que en la estructura existe



5. el molibdeno tiene una estructura cristalina BCC, un radio atómico de 0.1363nm y peso atómico de 95.94g/mol. Calcular y comparar su densidad con el experimental (8.90g/cm³).

      =    =  =

La densidad calculada es:

 = 10.21g /cm Densidad experimental:  =8.90g/cm³



6. el paladio tiene un parámetro de red de 0.38902nmy una densidad de 12.02g/cm³. Determinar los cálculos pertinentes si el paladio tiene una estructura FCC y BCC o cubica simple.

     12.02 =    Numero de átomos por celda =  =

Numero de átomos por celda = 4.04 átomos Entones como el numero de átomos por celda salió 4.04 el paladio pertenece a una estructura cristalina FCC.


7.


calcular el radio atómico del Tántalo sabiendo que el Ta tiene una estructura

cristalina BCC, una densidad de 16.6g/cm³ y un peso atómico de 180g/mol.

     16.69 =    Volumen de celda =     Volumen de celda =   =

Volumen de celda = 3.30ª Entonces el radio atómico es:

        

R=



R=



R=1.43A R =0.143nm



8. el circonio tiene una estructura cristalina HCP y una densidad de 6.51g/cm³. a) ¿Cuál es el volumen de la celdilla unidad en metros cúbicos? b) si la relación es de 1.593, calcular los valores de c´ y de a´.

     6.51 =     a²c =  =

a²c = 5.366 x 10^-23 Entonces de la relación tenemos: 

 



c = 1.633a

R eemplazando tenemos: a= 



   

a =32.9 x 10^-24 

a=3.20 A =0.32nm c=1.633 x 3.20 c = 5.23ª = 0.52nm



9. se adjunta el peso atómico, la densidad y el radio atómico de tres hipotéticas aleaciones. Determinar para cada caso si su estructura cristalina es FCC, BCC o cubica simple y justificarlo.

Aleación

Peso atómico(g/mol)

Densidad(g/cm )

Radio atómico(nm)

A

43.1

6.4

0.122

B

184.4

12.3

0.146

C

91.6

9.6

0.137



A.

     6. =    Numero de átomos por celda =  =

4

Numero de átomos por celda = 2 átomos Entones como el numero de átomos por celda salió 4.04 el paladio pertenece a una estructura cristalina BCC.


B.


     12.02 =    Numero de átomos por celda =  =


     12.02 =    Numero de átomos por celda = 

C.  =




10. la forma tetragonal centrada en el cuerpo del estaño tiene los parámetros de red a = 0.5831nm´ y c = 0.3182nm´ con una densidad de 7.298g/cm³. Calcular el número de átomos por nodo o vértice.

     .298 =    Numero de átomos por celda =  =

7

Como es centrada en el cuerpo:

Numero de átomos por celda = (4.008 - 1) átomos Numero de átomos por celda = 3.008 átomos Entones como el número de átomos por vértice es 0.376 átomos



11. Calcular el factor de empaquetamiento atómico del uranio. Los parámetros de

red a, b, c de la celdilla, de simetría ortorrómbica, valen 0.286, 0.587 y 0.495 respectivamente; la densidad es 19.05g/cm³, el peso atómico es 238.03 y el radio atómico 0.1385.

Hallando el volumen de la celdilla: V = a xb xc V = (0.286 x10^-9) (0.587 x 10^-9) (0.495 x 10^-9) V= 0.08310159 x 10^-27m . Hallando el número de átomos por celda:

     19.05 =      Numero de átomos por celda =  =

Numero de átomos por celda = 4 átomos Hallando el factor de empaquetamiento:

        FEA =    FEA =







FEA = 53.56 





12. el indio tiene una celdilla unidad tetragonal cuyos parámetros de red a´ y c´ valen 0.459 y 0. 495 nm. respectivamente. a) determinar el número de átomos en la celdilla unidad si el factor de empaquetamiento atómico y el radio atómico son 0.69 y 0.1625 nm. respectivamente. b) calcular la densidad. El peso del indio es 114.82g/mol. Solución:

      0.69=                   Numero de átomos por celda =  

a)

FEA =









Numero de átomos por celda = 4 átomos.

b)

      =      =

La densidad es:

 = 7.312g/cm



13. el titanio tiene una celdilla unidad HCP y la relación de parámetros c/a es 1.58. si el radio del átomo de titanio es 0.1445nm. a) determinar el volumen de la celdilla unidad. b) calcular la densidad del titanio. Solución.

a) Área de la base = 6(

 

V= (Área de la base) x c V=6¥3 (0.1445)² (1.58) (0.1445) (2) V= 9.9 x 10^-29m b)

=

 

m = (6atomos /celda) (6.023 x 10^23) (47.88) m= 4.97 x 10^-12g. Entonces la densidad es:

=

   





 = 4.98g/cm





³



14. el magnesio tiene una estructura cristalina HCP, una relación de c/a es 1.624 y una densidad de 1.74g/cm³. Calcular el radio atómico del magnesio. Solución:

      1.74 x 10^6g/m =     a²c =    =



a²c = 13.9179 x10^-29m 

a²c = 139.179 x 10^-30m 



 



c = 1.625a

R eemplazando tenemos: a=

    





a=0.4409nm c=1.625 x 0.4409 c = 0.716nm FEA =

  

FEA =

  

FEA= 0.16nm



15. Calcúlese el cambio teórico de volumen que acompaña a una transformación polimórfica, en un metal puro desde la estructura cristalina FCC a la BCC. Considérese el modelo atómico de esferas compactas y no hay cambio en el volumen antes y después de la transformación (en lo real si hay cambios en los radios atómicos) Solución:

VFCC

VBCC

  

a = ( )

a=

 

VBCC=1/2VFCC V cambio=

   



x 100

Reemplazando tenemos:

     

V cambio=

     

V cambio=



8.866 

) x 100



16. El titanio experimenta un cambio polimórfico de la estructura cristalina BCC a la HCP enfriándolo hasta pasar los 882ºC. Calcular el porcentaje de cambio de volumen cuando la estructura del cristal cambia de BCC a HCP.la constante de la celdilla unidad BCC a 822ºCes 0.332nm y la celda unidad HCP tiene a=0.2950nm, c=0.4683nm. Solución:

VHCP = 3VBCC

VHCP = a²c VHCP =(0.332 x 10^-9m)²(0.4683m) VHCP = 0.04075 x 10^-27m

3 VBCC=3(0.332 x10^-9m) 3VBCC=0.1098 x 10^-27m

V cambio=







 

x 100

Reemplazando tenemos:

         V cambio =    ) x 100 V cambio =





- 62.878 



17. La estructura del hierro cambia de BCC a FCC cuando se calienta a mas de

910ºC¿Cuánto se contraerá 0.1m de alambre de hierro al cambiar su estructura . Omita cualquier cambio en el radio del alambre , y considere que el radio del atomo de heirro es de 0.1258nm en la estructura BCC y de 0.1292nm en la estructura FCC ,a la tierra la temperatura de transición.

    

a bcc =  a bcc =





a bcc = 0.2905 = 2.905Å



afcc =



















 

 

V=

 







afcc = 0.2984 = 2.984 Å

             =    x 100     x 100 

V=

V

    

afcc =





V= -45.70%

Se contraerá: 100% 44.3

- 45.70% = 44.3% nm



18. calcular el diámetro del átomo mayor que puede caber en el centro de una celda

unitaria cubica simple que tiene parámetro de red de 0.4nm. Solucion:

2R + b = V(0.4)² (0.4)² + (0.4) 2R + b = 3V(0.4)² 0.4+ b = 0.4¥3 b = (0.4) (¥3-0.4) b = (0.4) (0.73) b =0.292nm



Cuadro de resultados

Problema 01

1.213x10 -8 m3

Problema 02

2859x10

Problema 03

52.36%

Problema 04 Problema 05

887 kg/cm3 1.31 g/cm 3

Problema 06

106.528

Problema 07

0.143nm

Problema 08

1.406x10 -24 m3

Problema 09-A Problema 09-B

-10

2 atm 4atm

Problema 09-C

4atm

Problema 10

0.376

Problema 11

53.56%

Problema 12

4

Problema 13

4.98g/cm 

Problema 14

0.141nm

Problema 15

8.866%

m3



Problema 16

-62.878%

Problema 17

4.43nm

Problema 18

0.92nm


IV. El


Discusión de resultados

propósito de este trabajo practico fue la aplicación de las formulas correspondientes en la

solución de problemas planteados. Logrando el objetivo trazado mediante la solución de los ejercicios planteados.

V.

Conclusiones:

Lo cual queda demostrado que la información brindada por el docente ha sido satisfactoria en la solución de los problemas. Los ejercicios resueltos nos demuestran las diferencias entre las estructuras cristalinas de las diversas sustancias a pesar de que se tengan estructuras de un mismo elemento. Por último nos demuestra que existen diferencias entre los resultados obtenidos en forma práctica y los obtenidos en forma experimental.



TRABAJO DE INVESTIGACION


Ingeniería Indus rial 

CAOLINITA El caolí n o caolinita, es una arcilla blanca muy pura que se u tiliza para la fabr i caci n de porcel anas y de apres t os para al mi donar. Cuando la mat er ia no es muy pura, se utiliza en fabr i caci n de papel. Conserva su col or blanco dura nt e la cocci n. 





Su nombre vi ene del chi no kao = alta y ling = coli na, que indi caba, en la provinci a de K iangsi, cerca de Jauchu Fa, el lugar donde l os chinos encontraron por pr i mera vez es t e ti po de arcilla a l nat ural. Act ual men t e se encuentra en Peñausende (Zamora, España), Arguisue las ( C uenca),

Carboneras

de Guadazaón (C uenca), M er ill es (Astur i as), Poveda de la S ierra (Guadala jara, España), Al coroches (Guadala jara, España), V i mianzo (La C oruña, España), Cornualles (Inglat erra), en Malasia y en la locali dad de Mutquín, en el oeste de la provincia de Catamarca, Argenti na.

FORMULA QUIMICA Al S i O5(OH)4 ó Al O32S iO22H2O (d isilicato al umí ni co di hidratado) 







PROPIEDADES FISICAS:

Color

Blanco

Raya

Blanca

Lustre

Mate, nacarada

Sistema cristalino

Triclínico

Exfoliación

Perfecta

Dureza

1

Densidad

2,6

COMPOSICION: Es silicato de aluminio hidratado formado por la descomposición de feldespato y otros silicatos de aluminio. Esta descomposición se debe a los efectos prolongados de la erosión. La formación del caolín se debe a la descomposición del feldespato por la acción del agua y del dióxido de carbono Está formado por pequeñas capas hexagonales de superficie plana. En su estructura cristalina se distinguen dos láminas, una formada por tetraedros, en cuyos vértices se situarían los átomos de oxígeno y el centro estaría ocupado por el átomo de silicio, y otra formada por octaedros, en cuyos vértices se situarían los átomos del grupo hidróxido y el oxígeno, y en el centro el átomo de aluminio.



USOS DE LA CAOLINITA EN LA INDUSTRIA: El caolín es utilizado en la preparación de pinturas de caucho o emulsionadas, ya que por su blancura es de alto grado de rendimiento. Al mismo tiempo se utiliza como espesante. y

Papel: Como carga y recubrimiento del papel. En el acabado de papel de arte y tapiz y en papel corrugado. Reduce la porosidad y da suavidad y brillo a la superficie.

y

R efractarios: En la elaboración de perfiles, bloques y ladrillos refractarios, así como en ladrillos de alta alúmina. En la elaboración de cemento refractario y resistente a los ácidos. En cajas de arcilla refractaria para cocer alfarería fina.

y

Cerámica: En la fabricación de sanitarios, comedores, porcelana eléctrica y tejas de alto grado, vajillas, objetos de baño, refractarios y cajas de arcilla refractaria para cocer alfarería fina.

y

Vidrio: En la formulación de placas de vidrio.

y

Pinturas: En la elaboración de pigmentos de extensión para pinturas y en la fabricación de tintas. Se usa como dilatador por su inercia química, suave fluidez, facilidad de dispersión y por no ser abrasivo. En pinturas de agua con liga de aceite, a base de silicato y al temple; en pinturas para moldes de fundición; en pigmentos para el color ultramarino. Da suavidad y brillo a la superficie, mejora la durabilidad de la misma y reduce la cantidad de pigmento necesario.

y

Plásticos: Es usado como relleno en hules y plásticos y auxiliar en procesos de filtración. En revestimientos plásticos para ductos y tejas plásticas. Se mezcla bien con oleoresinas en plásticos y mejora la rigidez y dureza del mismo.

y

Agroquímicos: Forma parte de los componentes de insecticidas y pesticidas bien como material de acompañamiento a insecticidas presentados en polvo o bien solo, uso este hoy en alza para el control de determinadas plagas agrícolas, como por ejemplo la mosca del olivo1 sobre todo en agricultura ecológica. También se está viendo su uso en la protección de las quemaduras solares ó golpes de sol en los frutos debido a su capacidad para absorber las ondas cortas de la radiación solar.

y

Farmacéutica: En la elaboración de medicamentos por ser químicamente inerte y libre de bacterias. (En México su nombre comercial es Kaomycin). También es como agente adsorbente.

y

Cosméticos: Es uno de los principales componentes de los cosméticos. Absorbe humedad, mejora las bases blancas para colores, se adhiere a la piel y tiene textura suave.

y

Construcción: Usado como terraplén y como material crudo en la formulación de crisolita y placas de vidrio. Usado para producir arcillas pesadas. En pistas para



aterrizaje de aviones y en mezclas termoplásticas para techar. Como relleno en linóleo y en cementos resistentes a los ácidos y refractarios. En cojines de fieltro para páneles o tableros de metal. En revestimientos plásticos para ductos, ladrillos para pisos y para sellar mezclas. En mezclas termoplásticas para techar. En el concreto mejora la durabilidad, remueve el hidróxido de calcio químicamente activo, mejora la porosidad y la adhesión entre el cemento, la arena y la grava. y

Material eléctrico: Es usado en la fabricación de cable eléctrico, en recubrimientos y aislantes eléctricos. Da resistencia térmica.

y

Caucho: Para reforzar el caucho y hacerlo más rígido.

y

Hule: En la industria del hule es usado como carga y por su resistencia a la humedad y ataque químico. Mezcla bien con el hule, le incrementa la dureza y durabilidad.

y

Metales: En ruedas abrasivas, para soldar cubiertas en varillas y en material de adherencia en fundición

y

Química: En la elaboración de productos como sulfato de aluminio, alúmina y alumbre; en catalizadores y absorbentes; en el acabado de textiles; en jabón, recubrimientos, curtiduría y productos de asbesto; en ruedas abrasivas, como material de adherencia en fundición y para soldar cubiertas en varillas.


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MONTMORILLONITA La

montmorillonita es un mineral del grupo de los s ilicatos, subgrupo f il osilicatos y dentro de

ell os per t enece a l as llamadas arcillas. Es un hi droxisilicat o de magnesi o y alumi nio, con otros posi bles el ement os.

R eci be su nombre de la locali dad francesa de M ontmor illon. Se caracter iza por una composi ción quí mi ca i nconstan t e. Es so lubl e en áci dos y se expande a l con tac to con agua. Para ci men taci ón de construcci ones es uno de

los terrenos en los que se deben tomar más

precauci ones debido a su caráct er expansivo.

ESTRUCTURA CRISTALINA: Estruct ural men te se compone por una capa cent ral que conti ene alumi nio y magnesio coordi nados octaédr i cament e en forma de óxi dos e hi dróxi dos. Dicha capa cent ral está rodeada por otras dos capas. Las capas ext ernas están formadas por óxi dos de sili cio coordi nados

tetraédr icamente.



PROPIEDADES FISICAS: Color

Gris-blanco, amarillo, marrón, rosa, azulado

Raya

Blanca

Sistema cristalino

Monoclínico

Hábito cristalino

Cortezas, masas terrosas, agregados foliares y granulares

Dureza

1-2

Densidad

1,7-2 g/cm3

Categoría

Mineral

Clase

Filosilicatos

Formula Química

(Al1,67Mg0,33)[(OH)2Si4O10 ] Na0,33(H2O)n

Unive Univerrsidad Nac Nacional de de Tru jillo jillo

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ILLI LLITA Illita es un mineral del grupo VIII (sili catos), según la clasif icación de Strunz. Es una arcilla La Illita no expansiva, mi cácea. La illit a es un f il ilosili cato o silicato laminar. Debido a su pequeño tamaño, la identi f i caci ón cer t era usual ment e requi ere análisis de di fracci ón de rayos X. La illita es un producto de la alteraci ón o met eor izaci ón de la moscovita y e l fel despato en ambi ent e de met eor izaci ón hídr i ca y t érmica. Es común en sed i mentos, suelos, rocas arcillosas sedi mentar ias, y en roca me tamórf i ca. Se di ferencia de la glauconita en sedi mentos por análisis de rayos X. La

illita fue descr itita en Maquoketa en Calhoun Coun t y, Illinois, EEUU, en 1937.

ESTRUCT RUCTURA CRIST CRISTALINA: Estruct ural men te la illit a es bastant e si milar a la moscovita o a la ser i cita con algo más de silicio, magnesi o, hierro, y agua; y li geramente menos alumi ni o tetrahédr i co y potasio

inter laminar.



FÓRMULA QUÍMICA: QUÍMICA: (K,H3O)(Al, Mg, Fe) 2(Si, Al)4O10[(OH)2,(H2O)]

PRO ROP PIEDASDES FISICAS: Color

Gris-blanco a plateado-blanco, gris verdoso, a veces con oras tonalidades

Raya

Blanca

Transparencia

Translúcida

Sistema cristalino

Monoclínico

Dureza

1-2

Densidad

2,8 g/cm3


I. II.

Titu itulo: lo:


La escala de Mohs

Objetiv bjetivos

2.1. clasificar los minerales por sus característica físicas 2.2. discernir los diferentes grados de dureza de los minerales y rocas 2.3. Emplearla en la vida diaria diaria en el campo de los ingenieros industriales. III.

Fundamento Fundamento teórico

3.1. Mohs, estudió química, matemática y física. Empezó a clasificar los minerales por sus característica físicas, en vez de por su composición química, como se había hecho antes. Creó la escala de dureza que todavía se utiliza cómo la escala de Mohs de dureza de los minerales.

3.2. La dureza de un mineral es una propiedad vectorial, pudiendo presentar un mismo mineral diversos valores dependiendo de la dirección según la cual se les raye.

3.3. La dureza de un mineral depende de su composición química y también de la disposición de sus atomos. Cuanto más grandes son las fuerzas de enlace, mayor será la dureza del mineral.

3.4. Se basa en el principio que una sustancia dura puede rayar a una sustancia más blanda, pero no es posible lo contrario.

3.5. Para aplicar la escala de dureza, intenta rallar la superficie de una muestra del mineral desconocido con una muestra de un mineral de dureza conocida que se encuentra en la escala (estas son muestras conocidas). Si la muestra desconocida no se puede rallar con


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un trozo de cal cita (3) pero sí que se puede rallar con un trozo de f l uor ita (4), en t onces su dureza es tá en tre 3 y 4.

IV.

Desarrollo

La escala de La escala de

de tema

Mohs M ohs es una relación de diez mater iales ordenados en función de su dureza, de

menor a mayor. Se u tiliza como referencia de la dureza de una sustanc ia. Fue propuesta por el geó l ogo Fr i edr i ch

M ohs y se basa en el pr inci pio que una sustancia dura puede rayar a una

sus tanc ia más blanda, pero no es posi bl e lo contrar i o.

M ohs eligió diez minerales a los que atr i buyó un determinado grado de dureza en su esca la empezando con el talco, que reci bi ó el número 1, y t ermi nando con el diamant e, al que asi gnó el número 10.

Cada mineral raya a los que ti enen un número infer ior a él, y es rayado por los que ti enen un número igua l o mayor al suyo.


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El talco El

talco es un silicato de magnesio hidratado con la fórmula química: M g3SiO10(OH)2.

Teór i cament e conti ene 31,7%

M gO, 63,5% S iO2 y 4,8%H2O. E l talco puro ti ene una estructura

similar a la mi ca y cons ist e de un ³sándwi ch´ formado por una ho ja o lámi na de brucita y dos ho jas de sílice, que forman capas de s ili cat o de magnesi o el éctr i cament e neut ras, uni das con val enci as secundar ias débiles. El talco puro exhi be un cli va j e basal perfecto y

tiene una

sensaci ón resbalad iza como consecuenci a de las capas de s ilicat o que se deslizan una sobre otra.

Uso ind strial En la mayor ía de los países, la industr ia del papel es la pr inci pa l consumi dora de tal co. Existen

tres usos pr inci pales de talco en esta industr ia: como cober tura, como control del pit ch y como carga. El tal co para uso en la manufact ura del papel debe ser suave, quími cament e i ner t e, a lta reluct anc ia, s iendo hi drofóbi co y organof íli co. En l a mayor ía de los casos, el tal co para cober tura debe ser de menos de 10 m i crones, para el con trol del pit ch debe ser más f i no que 1 mi crón, y el tal co usado como carga no debe exceder l os 20 mi crones (aunque tal cos con mas de 40 m i crones son a veces permiti dos).


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Yeso El yeso es un product o preparado a par tir de una p i edra natural denomi nada alj ez (sul fato de cal cio dihi dra to: CaSO 4· 2H 2O), median t e deshidrataci ón. En es tado natura l el aljez, piedra de yeso o yeso crudo, conti ene 79,07% de sul fat o de cal cio anh i dro y 20,93% de agua y es considerado una roca sedi men tar ia, inco l ora o blanca en estado puro, sin embargo, general men t e presenta i mpurezas que l e conf i eren var iadas col oraci ones, entre las que encontramos la arcilla, óxi do de hi erro, sílice, caliza, et c. En la nat ural eza se encuent ra la anhidr ita o karstenita, su l fat o cál ci co,

CaSO4, presentando una

estruc t ura compacta y sacaroi dea, que absorbe rápidament e e l agua, ocasi onando un i ncrement o en su vol umen hasta de 30% o 50%, siendo el peso especí f i co 2,9 y su dureza es de 2 en la escala de

M ohs.

Uso Ind strial y

Es utili zado profusament e en construcci ón como past a para guarneci dos, enl uci dos y revoques; como pasta de agarre y de

j untas. También es utilizado para obtener

est ucados y en la preparaci ón de superf i ci es de sopor t e para la p intura ar tística al fresco.

y

Prefabr i cado, como panel es de yeso (Dry Wall o Sheet rock) para

tabiques, y

escayol ados para techos.

y

Se usa como a islan t e t érmi co, pues el yeso es mal conduct or del calor y l a el ect r i cidad.


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Calcita La cal cita es un mi neral del grupo de l os

Carbonatos. A veces se usa como sinón imo caliza,

aunque es i ncorrect o pues ésta es una roca más que un m i neral. Su nombre vi ene del latín C alx, que signi f i ca cal viva.

Uso Ind strial y

Se utili za para fabr i car cement os y mor t eros.

y

como pi edras de construcci ón de caliza y mármol, rocalla y grava tamb i én para la construcci ón.

y

se utili za como abonos agr í colas para tierras demasiado ácidas.

y

la calcita transparente para la industr ia ópti ca como pr ismas polar izadores de mi croscopi os.

y

La caliza fundi da se usa

fabr i caci ón de vi dr i o.

también en la industr ia metalúrgica del acero y en la


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f luorita

La f l uor ita es un mi neral muy di fundido en la na tura leza. Se presen t a formando bolsadas en

forma de geodas o drusas y ocupando f isuras y oquedades. En es tado puro es inco l ora y

transparente, aunque en la mayor ía de los casos presenta diversas coloraciones que se pueden deber a i mpurezas orgáni cas o mi neral es; l os más habitual es van del

lila al violeta pero la

f l uor ita tamb i én puede ser azul, verde, rosa, anaran jada, amar illo o de t onos menos def i ni dos.

M uchas var iedades muestran f luorescencia. Este m i neral sue l e encontrarse en vet as puras o asoci ado con menas de plomo, plata o z i nc. Es común en calizas y en do lomitas y, en a lgunas ocasiones, es un mi neral accesor i o en pegmatitas y en otras rocas ígneas.

Uso Industrial y

El uso pr inci pa l de la f l uor ita ha si do la producci ón de áci do f l uorhídr i co, mat er i al esenci al en la fabr i caci ón de cr iolita s i nt éti ca y de f l uoruro de al umi ni o para la i ndustr ia del alumi nio.

y

y

En la industr ia qu í mi ca. La f luor ita es un f l u jo común en la fundi ci ón de acero.

Tamb i én es usada, median t e compl e j os procesos de tra tami entos, para la fabr i caci ón de ob j etivos de aparat os ópti cos de alta cali dad, como l ent es apocromáti cas y t el escopi os.



Apatita La apatita es un mineral con cristales hexagonales y dureza 5 en la escala de Mohs. Su composición química aproximada es Ca5(PO4)3(F,Cl,OH). El color es variable aunque predominan los cristales incoloros, de color parduzco o verdoso La apatita se encuentra en vetas hidrotermales, pegmatitas y caliza metamórfica además de sedimentos donde se produce a partir de depósitos orgánicos. Uno de los mayores yacimientos se encuentra en Marruecos. y la mina Julcani zona Estela (Huancavelica - Angaraes - Lircay). El esmalte de nuestros dientes y una parte de los huesos es formada por apatita.

Uso Industrial y

La apatita es la principal fuente de fósforo y fosfato y por lo tanto imprescindible en la fabricación de los abonos minerales.


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Ortoclasas La or t oclasa u or t osa es un mi neral del grupo VIII (sili cat o)s, subgrupo t ect osilicatos.

Con

fórmula qu í mi ca KAlS i3O8. Es uno de los m i neral es formadores de las rocas más abundant es en

la cor teza terrestre. Tamb ién se conoce con el nombre de feldespato o feldespato or tosa, pero est os nombres no son del t odo correctos, ya que no def i nen al mi neral sino a un grupo de mi neral es del que la or t oclasa forma par t e.

Uso Industrial y

En la act ualidad, la utili zaci ón de la or t oclasa dentro de la industr ia de las porcelanas abarca campos amplísimos: desde la elaboraci ón de ob jet os tant o de uso ar tístico como doméstico, hasta la fabr i caci ón de aislant es el éctr i cos, pastas odontol ógi cas, vidr ios especi al es y esmalt es cerámi cos.

y

Al formar par t e de muchas rocas emp l eadas como mater ial de construcci ón, ya sean granit os o gneises, se encuentra en los bordillos de las aceras y o tros

ti pos de

empedrado, y se utili za asi mismo en l os revesti mi ent os de fachadas y en las superf i ci es de traba j o de coci nas, obradores o laborat or i os.



Cuarzo El cuarzo es un mineral compuesto de dióxido de silicio (también llamado sílice, SiO2). No es susceptible de exfoliación, porque cristaliza en el sistema trigonal (romboédrico). Incoloro en estado puro, puede adoptar numerosas tonalidades si lleva impurezas (alocromático). Su dureza es tal que puede rayar los aceros comunes.

Uso Industrial y

El cuarzo es uno de los Minerales Industriales más importantes: Es fundamental en la provisión de silício para la elaboración de ferrosilício.

y

Las variedades coloreadas e incoloras se utilizan a veces como gemas. Otras variedades como el ágata, además se la destina en la fabricación de morteros de uso en laboratorios.

y

El cristal de roca, se utiliza en la fabricación de instrumentos ópticos, aparatos de radio, aparatos químicos, etc.

y

Las arenas de cuarzo se utilizan en morteros, mezclas de hormigón, fabricación de vidrio y para fracturación hidráulica.


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Topacio Es un alumi nosili cat o de fórmul a qu í mi ca Al2S iO4(OH, F)2 , indi cando el parént esis a lrededor de OH y F que la proporci ón entre f luoruros (F) e hi dróxidos (OH) puede var iar en un amp lio rango, aunque su suma s iempre será constan t e. Su densi dad es de 3,5 - 3,6 g /cm , e l col or general ment e es amar illo-amarronado; sin embargo, a 0

menudo se pueden encontrar e j empl ares con tonos de ocre, azul, vo i leta, ro j o o, incluso,

incoloro. Comercialmente se intentan vender algunas var iedades de cuarzo con d enominación de topacio.

Uso Industrial

y

y

y

Se utili za a menudo como pi edra preci osa

algunas veces ha sido confundido con el diamant e: el llamado Diamante de Braganza

incluido como diamante en la corona por tuguesa, es un topacio.


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Corindón El cor indón (del sánscr ito korivinda) .Es tá formado por óxi do de al umi ni o (Al2O3). Se encuent ra en

la na turaleza ba jo la forma de cr istales; normalmente, en pegmatitas,

anf i bo litas, per i dotitas, gneis o mármol es, y menos comúnmen t e en rocas vol cáni cas. En forma amorfa, aparece como escor ia en el proceso de uni ón de r i el es de ferrocarr il med ian t e soldadura alumi not érmi ca.

Uso Industrial y

La var i edad ro ja, conoci da como rubí, y la azul, conoci da como zaf iro, se consi deran

piedras preci osas.

y

La calidad de gema del cor i ndón se usa en joyer í a, pero tamb i én exist en cali dades

infer iores que se utilizan para hacer ob j etos decorativos como escult uras.

y

Además es un agent e abrasivo de gran efectivi dad, cuando se usa en los sistemas de SandBlast, para preparaci ón superf i ci al del acero, al que conf i ere caract er ísticas sobresali ent es de mal eab ilidad, y traba j os de grabado ar tístico en cr istal es, creando ba jo relieves con gran facilidad i ncl uso puede perforar l o y adi ci onándol o al agua, puede cor tar los metal es con ultra alta presión, o el llamado cuchillo de agua


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El diamante En mi neral ogía, el diamant e es un al ótropo del carbono donde los átomos de carbono están dispuestos en una var iant e de la estruct ura cr istalina cúbica cent rada en la cara denomi nada «red de d iamant e». El diamant e es la segunda forma más es tab le de carbono, después del graf it o; sin embargo, la tasa de conversión de diamant e a graf it o es despreciab le a condi ci ones ambi ental es. La mayor ía de diamant es nat ural es se forman a condi ciones de presión alta y t emperatura alta,

exist ent es a profundidades de 140 km a 190 km en el mant o t errestre. Los mi neral es que con ti enen carbono proveen la fuent e de carbono, y el creci mi ent o ti ene lugar en per í odos de 1 a 3,3 mil millones de años, lo que corresponde a, aproxi madament e, e l 25% a 75% de la edad de

la Tierra. Los diamantes son ll evados cerca a la superf icie de la Tierra a través de erupciones vol cáni cas profundas por un magma, que se enfr ía en rocas ígneas conoci das como k i mber litas y lamproitas.

Usos industriales La producci ón y distr i buci ón de diamant es est á grandement e consoli dada en las manos de unos

pocos j ugadores clave, y concentrados en centros de int ercamb i o de diamant es tradi ci ona l es. S iendo el más i mpor tan t e, Amberes, donde se mane jan el 80% de l os d iamant es brut os, 50% de

todos los diamantes cor tados y más del 50% de diamantes brutos, cor tados e industr iales combinados. Esto hace a Amberes la "capital mundial de d iamant e" 'de facto'.


V.


Conclusiones

5.1. La sencillez de aplicación del método de Mosh resulta muy útil frente a otros métodos más sofisticados principalmente en la investigación de campo. Una cierta experiencia y algunos medios auxiliares son suficientes para estimar la dureza de un mineral, pero los resultados obtenidos no dejan de ser valores relativos. 5.2. No hay que confundir rayar con dejar huella. Mientras la huella puede ser limpiada la raya es irreversible. Por ejemplo, la tiza deja una marca sobre la pizarra, no la desgasta (no la raya). 5.3. Empleando estos objetos comunes se consigue una buena orden de magnitud de dicha dureza:

y

La uña del dedo (H = 2.5).

y

Una moneda de cobre (H = 3).

y

Una punta de acero, por ejemplo una punta de cuchillo, un clavo etc. (H = 5).

y

Un fragmento de vidrio (H = 5.5).

Informe de Polimeros

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